Was ist eine CPU?
Die CPU (Central Processing Unit, zu Deutsch: Zentraleinheit) ist das Herzstück eines jeden Computers. Man nennt sie auch einfach Prozessor. Sie ist dafür zuständig, alle Berechnungen durchzuführen und Anweisungen aus Programmen auszuführen – und das Milliarden Mal pro Sekunde.
Wenn du auf eine Schaltfläche klickst, ein Spiel spielst oder eine Datei öffnest, ist es die CPU, die die dafür nötigen Befehle verarbeitet.
Der Fetch-Decode-Execute-Zyklus
Die CPU arbeitet in einem ständig wiederholenden Ablauf, dem FDE-Zyklus:
- Fetch (Holen): Die CPU holt den nächsten Befehl aus dem Arbeitsspeicher (RAM)
- Decode (Dekodieren): Die CPU entschlüsselt, was der Befehl bedeutet
- Execute (Ausführen): Die CPU führt den Befehl aus (z. B. eine Addition oder einen Speicherzugriff)
Danach beginnt der Zyklus von vorne – immer und immer wieder.
Moderne CPUs können mehrere Milliarden Befehle pro Sekunde ausführen. Die Geschwindigkeit wird in Gigahertz (GHz) gemessen. Ein 3-GHz-Prozessor führt drei Milliarden Zyklen pro Sekunde durch.
Wichtige Teile der CPU
| Teil | Funktion |
|---|---|
| ALU | Rechenwerk – führt Berechnungen und Vergleiche durch |
| Steuerwerk | Koordiniert alle Teile der CPU |
| Register | Sehr schnelle, kleine Speicher direkt in der CPU |
| Cache | Schneller Zwischenspeicher für häufig genutzte Daten |
Kerne: Mehr ist besser?
Früher hatten CPUs nur einen einzigen Kern. Heute haben die meisten Prozessoren 2, 4, 8 oder sogar mehr Kerne. Jeder Kern kann eigenständig Befehle ausführen, wodurch mehrere Aufgaben gleichzeitig bearbeitet werden können.
Stell dir einen Kern wie einen Kochplatz vor. Mit einem Kern kannst du ein Gericht gleichzeitig kochen. Mit vier Kernen kannst du vier Gerichte gleichzeitig kochen – viel effizienter!
CPU und Betriebssystem
Das Betriebssystem teilt die CPU-Zeit zwischen allen laufenden Programmen auf. Es sorgt dafür, dass kein Programm die gesamte CPU für sich beansprucht und andere Programme blockiert. Dieses Konzept heißt Multitasking.
# Python kann die Anzahl der CPU-Kerne abfragen
import os
anzahl_kerne = os.cpu_count()
print(f"Diese CPU hat {anzahl_kerne} Kerne.")
Übungsaufgaben
Erkläre die drei Schritte des FDE-Zyklus in eigenen Worten. Was passiert in jedem Schritt?
Antwort anzeigen
Eine CPU hat 4 Kerne und läuft mit 2,5 GHz. Wie viele Milliarden Zyklen können theoretisch pro Sekunde insgesamt auf allen Kernen ausgeführt werden?